高中化学第一节 原电池优秀学案设计
展开4.1.2 化学电源(学案)
1.能写出电极反应和电池反应的方程式。
2.了解常见化学电池的种类及其工作原理。
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
1.写出电极反应和电池反应的方程式。
构成原电池的条件________________________________________________
知识点一、化学电源
1、电极方程式的书写
一般来讲,书写原电池的电极反应式应注意如下四点:
1.准确判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误,则电极反应式必然写错,这是正确书写电极反应式的前提。一般而言,较活泼的金属成为原电池的负极,但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时,铜却是原电池的负极被氧化,因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。此时,其电极反应式为:负极:Cu-2e- ==Cu2+ 正极:2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O
又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时,尽管镁比铝活泼,但镁不和NaOH溶液反应,所以铝成为负极,其电极反应式为:负极:2Al+8OH—-6e-==2AlO2-+4H2O 正极:6H2O+6e-==3H2+6OH-
2.高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+ 正极反应式为:O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池,在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在,而不是放出CO2。
3.牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以,对于一个陌生的原电池,只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式,即可迅速写出另一个电极反应式。
4.不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中,负极失去的电子数必等于正极得到的电子数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式,或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误,同时,也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池:放电之后不能充电,内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池:一次电池中电解质溶液制成胶状,不流动。
碱性锌锰电池
构成:负极是________,正极是_____________,电解质是KOH
负极:_____________________正极:_____________________
总反应式:_______________________________
特点:比能量较高,储存时间较长,可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应
负极:_____________________;正极:___________________________
总反应式:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
②镍一镉碱性蓄电池
负极:________________________________;
正极:________________________________________________
总反应式:Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
(3)燃料电池
电池
电极反应
酸性电解质
碱性电解质
H→H+,C→CO2,水提供氧
H→H2O,C→CO32-,OH—提供氧
氢氧燃料电池
负极
正极
总反应
甲烷燃料电池
负极
正极
总反应
甲醇燃料电池
负极
正极
总反应
乙醇燃料电池
负极
正极
总反应
电池
电极反应
熔融碳酸盐电解质
固体氧化物电解质
H→H2O,C→CO2,CO32—提供氧
H→H2O,C→CO2,O2—提供氧
氢氧燃料电池
负极
正极
总反应
甲烷燃料电池
负极
正极
总反应
甲醇燃料电池
负极
正极
总反应
乙醇燃料电池
负极
正极
总反应
除氢气外,烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体,均可作燃料电池的燃料;除纯氧气外,空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80%,远高于燃烧过程(仅30%左右),有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
知识点二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe-2e-===Fe2+
正极
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
【练习】1.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是( )
A.该电池中电极b是正极,发生还原反应
B.外电路中电流由电极a通过导线流向电极b
C.该电池的总反应为2H2O═2H2+O2
D.该电池工作时电能转化为化学能
【练习】2.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图,电池总反应可表示为:2H2+O2═2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.H+由b极通过固体酸电解质传递到a极
B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣
C.每转移2mol电子,消耗4g的H2
D.H2O是正极的产物
【练习】3.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是( )
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极b是负极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池是绿色环保电池
【练习】4.如图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是( )
A.该电池不能在高温下工作
B.电池的负极反应为C6H12O6+6H2O﹣24e﹣═6CO2↑+24H+
C.放电过程中,电子从正极区向负极区每转移1mol,便有1mol H+从阳极室进入阴极室
D.微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料较广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点,值得研究与推广
【练习】5.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构图,电池总反应可表示为:2H2+O2═2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从a极流向b极
B.b极上的电极反应式为:O2+4e﹣+2H2O═4OH﹣
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由b极通过固体酸电解质传递到a极
【练习】6.一种新型燃料电池以二氧化硫和空气为原料,工作原理如图所示,下列说法不正确的是( )
A.电路中每通过1mol电子,有1mol H+从a电极迁移到b电极
B.该电池实现了制备硫酸、发电、环保三位一体的结合
C.该电池工作时,b极附近pH逐渐降低
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2:1
【练习】7.某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上,其电池构造如图所示。下列说法正确的是( )
A.供电时的总反应为:2H2+O2H2O
B.多孔金属a作负极,是电子流入的极
C.电池工作时,电解质溶液中OH﹣移向a极
D.正极的电极反应为:O2+4e﹣+4H+═2H2O
【练习】8.将铂电极放置在KOH溶液中,然后分别向两极通入CH4和O2,即可产生电流,此装置称为甲烷燃料电池。下列叙述中正确的是( )
①通入CH4的电极为正极;
②正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣;
③放电时溶液中的阳离子向正极移动;
④负极的电极反应式为:CH4+10OH﹣﹣8e﹣═CO32﹣+7H2O;
⑤电子迁移方向:通入CH4的铂电极→通入O2的铂电极→电解质溶液→通入CH4的铂电极
A.①③⑤ B.②③④ C.②④⑤ D.①②③
1.铅蓄电池是机动车上常用的化学电源,其两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为硫酸,工作时反应为:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O.下列结论正确的是( )
A.Pb为负极,总质量减少
B.正极电极反应:PbO2+2e﹣+4H++SO42﹣═PbSO4+2H2O
C.充电时,电解质溶液浓度不断减小
D.放电时,溶液的pH不断减小
2.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为:CH3CH2OH+H2O﹣4e﹣═CH3COOH+4H+.下列有关说法不正确的是( )
A.检测时,电解质溶液中的H+向正极移动
B.正极上发生的反应为:O2+4H++4e﹣═2H2O
C.电池反应的化学方程式为:CH3CH2OH+O2═CH3COOH+H2O
D.若有0.4mol电子转移,则消耗4.48L氧气
3.在第十三届阿布扎比国际防务展上,采用先进的氢燃料电池系统的无人机,创造了该级别270分钟续航的新世界记录。下列有关氢燃料电池的说法正确的是( )
A.通入氧气的电极发生氧化反应
B.碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
C.正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣
D.放电过程中碱性电解液的浓度不断增大
4.利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成燃料电池。下列说法错误的是( )
A.通入O2一极发生还原反应
B.负极的电极反应式为:CH4﹣8e﹣+8OH﹣═CO2+6H2O
C.该电池总反应为:CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O
D.KOH溶液需要定期补充
5.氢氧燃料电池已用于航天飞机,其工作原理如图所示。关于该燃料电池说法不正确的是( )
A.该装置可将电能转化为化学能
B.供电时的总反应为:2H2+O2═2H2O
C.H2在负极发生氧化反应
D.电子从a电极经外电路流向b电极
6.下列关于甲烷﹣空气碱性燃料电池的说法不正确的是( )
A.通入甲烷的一极发生的是氧化反应
B.外电路中电子由正极通过导线流向负极
C.该电池中通入空气的一极是正极
D.该电池的总反应:CH4+2O2+2KOH═3H2O+K2CO3
7.乙醇作为可再生能源比化石能源具有较大的优势,如图为乙醇燃料电池,该电池的总反应方程式为C2H5OH+3O2═2CO2+3H2O.下列关于该电池叙述错误的是( )
A.a极与用电器的正极相接
B.该装置将化学能转化为电能
C.负极反应式:C2H5OH﹣4e﹣+3H2O═2CO2+12H+
D.该装置的电解质溶液呈酸性
8.铅蓄电池是全球使用最广泛的化学电源,具有工作电压平稳、单体电池容量大、使用温度广等优点,已知其工作时的方程式为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)═2PbSO4(s)+2H2O(l),下列有关铅蓄电池说法正确的是( )
A.铅蓄电池使用完后可以随意丢弃
B.铅蓄电池工作时,负极质量会减少
C.每生成2mol H2O,有1mol PbO2被氧化
D.工作一段时间后,电解质溶液中的c(H+)减小
9.氢氧燃料电池的构造如图所示。下列说法正确的是( )
A.a是电池正极
B.电池工作时,H2在电池内部燃烧
C.b电极的电极反应为O2+4e﹣+4H+═2H2O
D.电子由a沿导线流向b,再由b通过电解质溶液流回a
【课前复习答案】能自发进行的氧化还原反应发生;活泼性不同的两电极;形成闭合回路
【知识点填空答案】
Zn;MnO2;Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-;Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2;Pb-2e-+SO42-=PbSO4;PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O;Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2;2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
H2+2e-=2H+
2H++2OH-=2H2O
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
CH4-8e-+2H2O=8H++CO2
CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
C2H5OH-12e-+3H2O=12H++2CO2
C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O
H2+CO32—2e-=H2O+CO2
H2+O2—2e-=H2O
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
C2H5OH+6CO32—12e-=3H2O+7CO2
C2H5OH+6O2—12e-=3H2O+2CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
【练习答案】ADDCACCB
【检测反馈答案】BDCBABCDC
人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护优质学案设计: 这是一份人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护优质学案设计,共7页。学案主要包含了金属的腐蚀等内容,欢迎下载使用。
高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池优秀学案: 这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池优秀学案,共8页。学案主要包含了电解CuCl2溶液的实验探究,电解原理等内容,欢迎下载使用。
人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案: 这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案,文件包含思维导图人教版高中化学选修一《412化学电源》同步学习思维导图+学练解析版docx、思维导图人教版高中化学选修一《412化学电源》同步学习思维导图+学练学生版docx等2份学案配套教学资源,其中学案共29页, 欢迎下载使用。